[發(fā)明專(zhuān)利]一種自適應(yīng)MIMO傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210384266.1
• 申請(qǐng)日: 2012-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102882659A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李岳衡;彭文杰;譚國(guó)平;居美艷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L1/06
• 分類(lèi)號(hào): H04L1/06;H04L25/02
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種自適應(yīng)MIMO傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于：

(a)下行鏈路中，基站端根據(jù)移動(dòng)臺(tái)反饋的傳輸信道質(zhì)量，即接收信號(hào)信噪比和多普勒頻移，自適應(yīng)選擇準(zhǔn)正交空時(shí)分組編碼的編碼方式和發(fā)射天線的維數(shù)，而移動(dòng)端則相應(yīng)采用合適的接收天線維數(shù)以及解碼方式；

(b)上述下行鏈路中，當(dāng)反饋信號(hào)顯示信號(hào)接收信噪比較低時(shí)，基站端將采用基于分圓格技術(shù)的準(zhǔn)正交空時(shí)編碼以降低系統(tǒng)解碼錯(cuò)誤率，并根據(jù)測(cè)量的多普勒頻移自動(dòng)選擇發(fā)射天線或編碼矩陣的維數(shù)：移動(dòng)速度慢時(shí)采用多天線發(fā)送信號(hào)以獲得較高編碼增益和系統(tǒng)信道容量；而移動(dòng)速度較快時(shí)則采用多天線拆分分組降維的方式以克服多普勒頻移對(duì)解碼性能的影響；

(c)上述下行鏈路中，當(dāng)反饋信號(hào)顯示信號(hào)接收信噪比較高時(shí)，基站和移動(dòng)臺(tái)將采用傳統(tǒng)準(zhǔn)正交編解碼方式；

(d)上行鏈路中，鑒于基站端軟硬件資源豐富的特點(diǎn)，系統(tǒng)將統(tǒng)一采用基于分圓格技術(shù)的準(zhǔn)正交空時(shí)編解碼方法，以獲得最優(yōu)的解碼性能。

2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)MIMO傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述下行鏈路中，信號(hào)接收信噪比高低由系統(tǒng)根據(jù)具體的移動(dòng)通信多徑衰落及時(shí)延確定：對(duì)于常用的碼片級(jí)多徑指數(shù)衰落，高低信噪比的界限可設(shè)定為15dB；對(duì)于山區(qū)大回聲等功率衰落信道，高低信噪比界限可設(shè)為18dB；對(duì)于大回聲深衰落信道，高低信噪比界限可設(shè)定為28dB；

所述下行鏈路中，信號(hào)多普勒頻移的高低由系統(tǒng)根據(jù)移動(dòng)終端的移動(dòng)速度、系統(tǒng)載頻、和下行傳輸速率綜合確定；一般而言，以現(xiàn)有3G系統(tǒng)為例，可設(shè)定移動(dòng)速度5至10公里/小時(shí)為移動(dòng)速度快慢的標(biāo)志，其所對(duì)應(yīng)的多普勒頻移數(shù)值則為多普勒頻移高低的界限。

3.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)MIMO傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括：

構(gòu)造一個(gè)最優(yōu)的分圓格，設(shè)分圓格維數(shù)為4，定義為：

其中v和b是四維列向量，m＝6，是一個(gè)復(fù)數(shù)域中的環(huán)，代表整數(shù)環(huán)，ω是一個(gè)實(shí)變量，用于最后實(shí)現(xiàn)能量歸一化，G為分圓格的生成矩陣，定義為：

G=λλ2λ3λ4λ7λ14λ21λ28λ13λ26λ39λ52λ19λ38λ57λ75,]]>λ＝e^jπ/15

所述分圓格中包含有16⁴＝65536個(gè)四維格點(diǎn)，根據(jù)填充密度理論，從65536個(gè)格點(diǎn)中，選擇能量最小的256個(gè)格點(diǎn)組成所需的分圓格；

在MIMO多天線傳輸系統(tǒng)下行鏈路中，基站作為發(fā)射端向移動(dòng)終端發(fā)送信號(hào)，移動(dòng)終端中的信道估計(jì)單元，根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)或盲檢測(cè)算法計(jì)算出各無(wú)線通信信道的信道復(fù)增益，從而獲得信道信噪比，同時(shí)估算各信道上的多普勒頻移，以確定信道變化快慢；根據(jù)信噪比與多普勒頻移確定基站端編碼方式以及移動(dòng)終端的解碼方式；具體有4種情形：

情形1、當(dāng)下行鏈路具有低信噪比、低多普勒頻移特性時(shí)，采用8個(gè)發(fā)射天線、8個(gè)時(shí)隙的編碼方式，以獲得較大分集增益與信道容量；準(zhǔn)正交空時(shí)分組碼編碼方式如下：

C=x1x2x3x4x5x6x7x8x2*-x1*x4*-x3*x6*-x5*x8*-x7*x3-x4-x1x2x7-x8-x5x6x4*x3*-x2*-x1*x8*x7*-x6*-x5*x5-x6x7-x8-x1x2-x3x4x6*x5*x8*x7*-x2*-x1*-x4*-x3*x7x8-x5-x6-x3-x4x1x2x8*-x7*-x6*x5*-x4*x3*x2*-x1*]]>

接收端的一個(gè)接收天線接收到的信號(hào)表示為：

Y=ρ/NTCH+N]]>

其中H為信道矩陣，N中每個(gè)元素為復(fù)高斯白噪聲，ρ為信噪比，N_T為發(fā)射天線數(shù)，展開(kāi)后寫(xiě)成：

y1y2y3y4y5y6y7y8=ρ/NTx1x2x3x4x5x6x7x8x2*-x1*x4*-x3*x6*-x5*x8*-x7*x3x4-x1x2x7-x8-x5x6x4*x3*-x2*-x1*x8*x7*-x6*-x5*x5-x6x7-x8-x1x2-x3x4x6*x5*x8*x7*-x2*-x1*-x4*-x3*x7x8-x5-x6-x3-x4x1x2x8*-x7*-x6*x5*-x4*x3*x2*-x1*·h1h2h3h4h5h6h7h8+n1n2n3n4n5n6n7n8]]>

對(duì)偶數(shù)行取共軛：

y1y2*y3y4*y5y6*y7y8*=ρ/NTh1h2h3h4h5h6h7h8-h2*h1*-h4*h3*-x6*h5*-x8*h7*-h3h4h1-h2-h7h8h5-h6-h4*-h3*h2*h1*-h8*-h7*h6*h5*-h5h6-h7h8h1-h2h3-h4-h6*-h5*-h8*-h7*h2*h1*h4*h3*-h7-h8h5h6h3h4-h1-h2-h8*h7*h6*-h5*h4*-h3*-h2*h1*·x1x2x3x4x5x6x7x8+n1n2*n3n4*n5n6*n7n8*]]>

記作這一過(guò)程，將編碼特性轉(zhuǎn)移到了信道矩陣當(dāng)中；

然后進(jìn)行匹配濾波：即將等式兩端同時(shí)左乘矩陣(H')^H，得到：(H′)HY′=ρ/NT(H′)HH′x+(H′)HN′,]]>并將該式記作Y′′=ρ/NTH′′x+N′′,]]>很明顯奇數(shù)行與偶數(shù)行不一樣，因此分為奇偶兩部分：

yodd=ρ/NTH~oddxodd+n~oddyeven=ρ/NTH~evenxeven+n~even---(1)]]>

式中下標(biāo)odd和even分別表示奇數(shù)和偶數(shù)，對(duì)兩部分的信道矩陣分別作奇異值分解：

H~odd=VoddSoddVoddH=VoddDoddDoddVoddHH~even=VevenSevenVevenH=VevenDevenDevenVevenH]]>

式中V_odd和V_even是酉矩陣，D_odd和D_even是對(duì)角矩陣；由于和的協(xié)方差矩陣不是對(duì)角矩陣，因此和都是色噪聲；需要對(duì)這兩部分噪聲分別做白化處理，設(shè)計(jì)的白化濾波器為：

Fodd=Dodd-1VoddHFeven=Deven-1VevenH]]>

左乘到式(1)兩端，得到：

(Dodd-1VoddH)yodd=ρ/NT(Dodd-1VoddH)H~oddxodd+(Dodd-1VoddH)n~odd(Deven-1VevenH)yeven=ρ/NT(Deven-1VevenH)H~evenxeven+(Deven-1VevenH)n~even]]>

y^odd=ρ/NTDoddVoddHxodd+(Dodd-1VoddH)n~oddy^even=ρ/NTDevenVevenHxeven+(Deven-1VevenH)n~even---(2)]]>

在發(fā)射端，數(shù)據(jù)比特流分為奇偶兩組，分別進(jìn)行格映射，并根據(jù)接收端反饋的信息分別進(jìn)行預(yù)編碼：

xodd=Voddsoddxeven=Vevenseven]]>

在接收端進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，將上式代入式(2)后，就得到：

y^odd=ρ/NTDoddsodd+n^oddy^even=ρ/NTDevenseven+n^even]]>

合并后記作

y′′=ρ/NTDs+w]]>

其中D是對(duì)角矩陣，w為復(fù)高斯白噪聲，由上式可見(jiàn)，預(yù)編碼保證了s中各元素之間不存在相關(guān)性，提高了解碼的準(zhǔn)確性；

在已知信道增益的情況下，對(duì)多個(gè)接收天線中接收到的信號(hào)進(jìn)行判優(yōu)，選擇性能最好的進(jìn)行譯碼，從而獲得原始發(fā)送符號(hào)；

情形2、當(dāng)下行鏈路仍具有低信噪比、但處于高速移動(dòng)環(huán)境亦即具有高多普勒頻移特性時(shí)，整個(gè)8×4的MIMO傳輸系統(tǒng)分為2個(gè)4×2的子系統(tǒng)，采用的編碼方式如下：

C=x1x2x3x4x2*-x1*x4*-x3*x3-x4-x1x2x4*x3*-x2*-x1*]]>

對(duì)于一個(gè)接收天線，接收信號(hào)同樣的，先轉(zhuǎn)移編碼特性：

y1y2*y3y4*=ρ/NTh1h2h3h4-h2*h1*-h4*h3*-h3h4h1-h2-h4*-h3*h2*h1*·x1x2x3x4+n1n2*n3n4*]]>

記作進(jìn)行匹配濾波，即左乘(H')^H，得到：

(H′)HY′=ρ/NT(H′)HH′x+(H′)HN′,]]>記作Y′′=ρ/NTH′′x+N′′.]]>

此處H″為4×4的矩陣，與之前“情形1”不同，可以直接進(jìn)行奇異值分解，從而得到預(yù)編碼所需的V；

對(duì)H″進(jìn)行奇異值分解得到：H″=VSV^H=VDDV^H，得到預(yù)編碼所需要的V，噪聲白化濾波器：F=D^-1V^H，最終得到

移動(dòng)終端中，每2個(gè)接收天線分為一組，將上述計(jì)算推廣到2個(gè)接收天線之后，對(duì)2個(gè)接收天線上的接收信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)；

情形3、當(dāng)下行鏈路信噪比比較高時(shí)，發(fā)射端采用準(zhǔn)正交編碼方式，接收端則采用最大似然譯碼；

情形4、在MIMO多天線傳輸系統(tǒng)上行信道中，移動(dòng)終端作為發(fā)射端向基站發(fā)送信號(hào)；在上行鏈路中，全部選擇基于分圓格的準(zhǔn)正交分組碼編解碼方式以獲得最優(yōu)解碼性能；此時(shí)發(fā)射天線數(shù)目為4，采用4×4的準(zhǔn)正交空時(shí)分組碼編碼方式：

C=x1x2x3x4x2*-x1*x4*-x3*x3-x4-x1x2x4*x3*-x2*-x1*]]>

在上行鏈路中，收發(fā)兩端編解碼過(guò)程同下行鏈路中的情形2，最終的接收信號(hào)有8組，基站端有條件可以先進(jìn)行最優(yōu)判決，選擇性能最好的一組信號(hào)進(jìn)行譯碼。